宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机的设计与分析

针对开关磁阻电机存在转矩密度较低、转矩脉动较大的缺点,提出一种新型宽窄定子极轴向磁通开关磁阻电机。该电机采用并行式双定子结构,左右定子盘通过共享一个转子段保持短磁通路径,定子齿极为宽极和窄极交错排列,集中式绕组缠绕在定子宽极上,定子窄极上则不缠绕绕组,仅为磁路提供磁通路径。由于每个槽只放置一相绕组,使得绕组在磁、热和机械上的隔离程度更高,保证了电机的可靠性。该文首先介绍所提电机的拓扑结构和运行原理;根据功率方程设计了部分初始结构参数,利用有限元方法分析了尺寸参数对电机性能的影响,并利用田口算法对选取的4个关键尺寸参数进行了多目标优化,改进了电机性能;然后计算分析了所提电机结构的动、静态性能;最后,制造了样机,实验结果验证了所提电机结构的有效性。

基于有取向硅钢的轴向磁通开关磁阻电机准三维解析分析与设计

轴向磁通开关磁阻电机定、转子齿形在不同圆周半径上极弧角度变化不一致,利用二维解析法分析该类电机会带来较大误差。该文利用准三维解析法对轴向磁通电机展开径向分层计算,确定电机转子关键位置处的磁链特性。在准三维解析法分析的基础上,利用准三维有限元方法对基于不同铁磁材料的模型进行了比较分析。研究结果和样机测试数据表明:基于有取向硅钢材料的轴向磁通开关磁阻电机定、转子磁极轴线对齐位置处的磁链值可以提高15%,准三维解析法的分层计算精度较高,对于电机初期设计而言,该方法的磁链分析误差从工程上认为是可以接受的。

轴向磁通开关磁阻电机的起动发电研究现状

介绍了轴向磁通开关磁阻电机的起动发电控制技术,其中包括轴向磁通开关磁阻电机调速系统的组成和轴向磁通开关磁阻电机的三种基本控制方法,即电压斩波控制、电流斩波控制和角度位置控制,指出轴向磁通开关磁阻电机在电动车辆、纺织工业、家电应用等领域良好前景。

轴向磁通开关磁阻电机参数设计方法

轴向磁通开关磁阻电机的气隙面积与电机外径的平方成正比,与电机的轴向长度无关。相对于径向磁通结构的开关磁阻电机,采用轴向磁通结构能够有效增加气隙的面积,从而提高电机的输出转矩。针对单转子、单定子结构的轴向磁通开关磁阻电机,对提高其输出转矩特性的参数设计方法进行了研究。建立了三维有限元模型,对电机的电感特性和转矩特性进行了研究。最终得到了优化的定、转子齿形与尺寸,并确定了磁轭厚度。

转子结构对轴向磁通开关磁阻电机的影响分析

轴向磁通开关磁阻电机具有传统开关磁阻电机和轴向磁通电机的优点,能够适用于许多场合。考虑到工程样机装配过程中转子磁极的固定问题,在转子中引入凸台结构。研究了理想状态下轴向磁通开关磁阻电机定、转子极弧系数和转子厚度对电机性能的影响;在保证定、转子极弧系数和转子厚度不变的前提下,对引入的凸台结构进行分析,选取了最佳的凸台厚度和凸台宽度;利用有限元软件仿真对比了无凸台转子结构和有凸台转子结构的轴向磁通开关磁阻电机。研究结果表明:有凸台转子结构能够有效提高电机输出转矩,增强了转子结构的可靠性。

直线旋转开关磁阻电机的轴向速度控制与快速轴向定位

目前直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)只可实现轴向定位控制,两自由度运动方式较为单一。为提高LRSRM轴向控制性能,本文提出了一种轴向速度控制方法,通过线性位置/速度观测器协调控制转子的轴向位移和轴向速度,由转矩与轴向力的数学模型解算出转矩及轴向力绕组的给定电流,再将其分配到对应的绕组导通区间,分别进行电流滞环控制。该方法可以有效调节转子在旋转过程中的轴向定位速度。仿真和实验验证了所提方法的控制效果。

一种计及饱和与互感影响开关磁阻电机的磁通快速计算方法

开关磁阻电机(SRM)的电磁具有明显的非线性特征,传统异步电机的计算公式无法适用于开关磁阻电机的磁通,针对此问题提出了一种磁通快速计算方法。该方法以磁路模型为基础,同时考虑了磁路饱和及相间互感对磁通分布的影响。首先,通过求解磁路方程组,求得铁心各分段中的磁通、磁阻,进而求得磁链特性曲线。然后,分析了齿轭比参数对饱和特性及互感特性的影响,推导出轭部铁心先于齿部饱和的齿轭比临界值表达式。最后,以一台12/10结构的六相SRM为样机,将计算结果与有限元仿真结果进行对比,验证了方法的准确性。该方法降低了初期设计和分析过程中对有限元法和实验测量的依赖,有效提高了计算速度,减少了仿真成本。

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力全周期模型构建

12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统磁通与多个转子齿铰链,导致悬浮系统的等效磁路在整个转子位置周期内具有变结构特征,需要提出新的建模方法,揭示全位置周期内的悬浮力动态变化特性。针对上述问题,该文基于有限元模型开展了12/14磁悬浮开关磁阻电机悬浮力电磁特性分析,明晰了转子位置动态变化下的悬浮系统磁通铰链规律。利用麦克斯韦应力法“区域性”建模优势,提出“主-边磁路并行解析”策略,构建了考虑磁通多齿铰链的全周期悬浮力数学模型。通过有限元分析的方法验证了模型优良特性。开展实验研究,结果表明,建立的悬浮力模型可以有效揭示12/14磁悬浮开关磁阻电机独特本体结构下的悬浮力特性,实现稳定悬浮,进一步验证了所提建模方法的可行性。该方法可以推广至一类具有悬浮系统磁通多齿铰链特征的磁悬浮开关磁阻电机建模研究中。

新型可变磁通磁阻电机振动和噪声研究与开关磁阻电机的比较(英文)

通过电磁和机械有限元方法计算并通过实验研究一种新型可变磁通磁阻电机的振动和噪声。这种新型电机使用与开关磁阻电机类似的定、转子冲片,但在定子侧放置一套直流励磁绕组;同时,用三相双极性桥式电路产生的正弦电流驱动定子电枢绕组。由于在二阶振动模态频率点附近的振动得到极大的降低,这种新型可变磁通磁阻电机所产生的振动和噪声得到了极大地削弱。实验证实相比开关磁阻电机,这种新型可变磁通磁阻电机在空载和负载下可以使声压级分别降低4dBA和8dBA。

开关磁阻电机磁通波形与铁耗计算

对开关磁阻电机的磁通波形进行了分析,得到了电机各部分平均磁通的数学表达式;然后对平均磁密波形进行傅里叶级数分解,把非正弦磁密波形分解和转化为一系列不同频率的正弦磁密波形。对于磁滞损耗,采用考虑了小滞环的磁滞损耗计算数学模型进行计算。对于涡流损耗,在采用传统正弦磁通波形计算公式的基础上,加上涡流损耗修正因子计算。最后对一台6/4结构的开关磁阻电机进行了铁耗计算,同时将计算结果与采用有限元法的结果进行了比较,验证了该方法的正确性。

横向磁通开关磁阻电机转矩能力的分析

设计了1台永磁屏蔽的横向磁通开关磁阻电机(PM-shield TFSRM)。通过在定、转子极间装设永磁体来屏蔽气隙中的漏磁,以提高输出转矩。采用三维有限元分析方法对电机的磁场进行了分析,表明了永磁屏蔽的有效性。在相同电流通过时,具有永磁屏蔽的横向磁通开关磁阻电机的平均转矩比没有永磁屏蔽的提高近1倍。

新型轴向磁场盘式开关磁阻电机的研究

提出了一种新型的采用三相6/4极结构的轴向磁场盘式开关磁阻电机,与前人研究较多的单相盘式开关磁阻电机相比,定、转子结构更加简单,加工成本更低,便于调速控制,且克服了单相电机不能自起动的缺陷。使用Ansoft公司的Maxwell 3D软件进行了三维有限元仿真分析,并制作实验样机,验证了电机的性能。

真空干泵用横向磁通开关磁阻电机对比分析

为了解决真空泵用电机工作在真空环境中,转子不易散热的问题,需要严格控制真空泵用电机的温升,从而提高系统运行的稳定性。开关磁阻电机(SRM)转子无绕组,转子损耗较小,整体温升较低,对于提升真空泵用驱动电机的性能具有重要意义。在传统SRM的基础上,设计了一款真空泵用横向磁通SRM,由于定子绕组空间较大,有利于电机散热,进一步减少了定子的损耗,从而降低了电机的整体温升。最后,对同功率、同体积的异步电机、径向SRM和横向磁通SRM进行了温度场、轴承的热应力和热形变的对比分析。结果表明,横向磁通SRM的温升、轴承的热应力和热形变均最小,说明横向磁通SRM作为真空泵用驱动电机的可行性。

轴向磁场开关磁阻电机系统的故障分析

介绍了轴向磁场开关磁阻电机的结构,对功率变换器的故障和电机本体的绕组故障进行分析。功率变换器是开关磁阻电机系统中发生故障比较频繁的环节之一,电机的绕组是开关磁阻电机本体上最薄弱的部分。详细说明了这两类故障的发生机理,并提出开关磁阻电机容错控制方法的构想。

横向磁通开关磁阻电机间接位置检测方法

提出一种横向磁通开关磁阻电机间接位置检测方法,实现TFSRM起动相的确定及低速运行时正确换相。起动时各相同时注入高频脉冲电压,计算出电感值,再由逻辑关系确定起动相;在低速运行时,对下一导通相注入高频脉冲电压,同时检测该相电流,当相电流达到换相阈值后即可执行换相。该方法无需大量计算、算法简单。最后在MATLAB环境下建立了三相TFSRM系统的仿真模型,并进行了仿真,仿真结果验证了该方法的可行性。

新型轴向磁通永磁辅助磁阻电机研究

为了进一步提高轴向磁通磁阻电机(Axial Flux Reluctance Motor,AFRM)的输出转矩,本文提出了永磁辅助轴向磁通磁阻电机(Axial Flux Permanent Magnet Assisted Reluctance Motor,AFPMARM)。AFPMARM是在AFRM结构的基础上,使用永磁体辅助励磁的一种新型开关磁阻电机方案。本文在分析AFPMARM的结构与工作原理的基础上,建立了电机的数学模型,对永磁体的尺寸进行了优化。使用三维有限元法对相同尺寸与相同额定功率的AFPMARM与AFRM进行仿真,对比分析了两者的磁密、电感、磁链以及在静态场与瞬态场下的转矩特性。仿真结果表明,永磁体辅助励磁设计增大了电机的气隙磁密,从而使电机输出转矩明显提高。

新型轴向磁通SRM转矩脉动抑制的研究

针对传统永磁电机高温下易发生不可逆退磁、磁通无法调节等固有缺陷,设计出一种带有中央绕组辅助励磁的新型轴向磁通开关磁阻电机。基于该电机电感、转矩特性曲线引入一种简单的导通角控制算法,并且结合该电机本身特有中央绕组结构,提出一种动态导通角联合中央绕组的控制策略,电机低速运行时电枢电流能够准确跟踪期望转矩的同时,避免峰值过大;较高速运行时迅速退磁,避免较大的电枢电流进入负转矩区域,实现电机转矩输出特性更为平稳。仿真与实验结果表明,该控制策略能够使电机在宽转速范围内转矩脉动得到有效抑制。

双极性分块转子开关磁阻电机

针对单极性励磁时四相8/6结构分块转子开关磁阻电机的定子磁通冲突问题,把双极性励磁方法应用于四相8/6结构分块转子开关磁阻电机,基于2D有限元建立双极性分块转子开关磁阻电机的场路耦合模型,计算双极性分块转子开关磁阻电机的电流、转矩及铜耗,并在(r,θ)坐标系中细致描述定子铁心和转子铁心特征区域的磁密周期性变化规律,最后应用双频法分离铁损获得铁心的涡流损耗和磁滞损耗。计算结果表明,与同等双极性励磁的8/6结构双极性普通开关磁阻电机相比,8/6结构双极性分块转子开关磁阻电机的转矩脉动大,但铜耗减小约32%,铁耗减小约35%。

新型可变磁通磁阻电机振动和噪声研究与开关磁阻电机的比较

本文主要介绍一种新型可变磁通磁阻电机振动和噪声，其研究方法主要是通过电磁和机械的有限元方法进行计算的。这种电机使用与开关磁阻电机相比虽然有一定的相同之处，但是由于这种电机在定子侧增加了一套直流励磁绕组，因此，会在很大程度上将电机所产生的振动和噪声削弱。文章在介绍完新型电机之后，通过实证来对新型可变磁通磁阻电机振动和噪声研究与开关磁阻电机进行比较，以此来更深入的对新型可变磁通磁阻电机振动和噪声进行研究。

盘式开关磁阻电机临界重叠位置磁化曲线计算

针对三维有限元方法分析轴向磁场盘式开关磁阻电机时计算机配置要求高、耗时长及不适于电机的优化设计和基于定转子极中心线对齐位置和定子极中心线和转子槽中心线对齐位置这两个关键位置的磁路法计算精确度不高等问题,对转子齿前沿和定子齿前沿重叠位置即临界重叠位置处磁化曲线进行解析计算。利用三相6/4极和12/8极轴向磁场盘式开关磁阻电机的有限元仿真结果及磁阻最小原理划分该位置处磁链并进行计算,推导出该种电机临界重叠位置处磁化曲线,并与三维有限元方法的计算结果进行对比。分析结果表明,此种解析法的计算精确度符合要求。计算结果验证了解析分析计算的正确性。